光催化材料的最新研究进展

时间：2026-01-23

1964 2004年增刊（35）卷

光催化材料的最新研究进展*

周静涛，王弘，黄柏标，许效红，姚伟峰，张寅，杨雪娜

（山东大学晶体材料国家重点实验室，山东济南 250100）

摘要：综述了最近几年TiO2改性的研究，简要介绍了其他光催化材料的研究进展，并结合本课题组的工作，介绍了对一种新型光催化材料Bi-Ti-O系列材料研究的最新进展。指出：今后光催化材料的发展方向仍以TiO2改性的研究为主导；以钛酸铋(Bi4Ti3O12、Bi12TiO20)为代表的新型光催化材料，有着催化效率高，低能隙等突出的优点，有着广阔的应用前景。关键词：光催化材料；TiO2；钛酸铋中图分类号：XB1

文章编号：1001-9731（2004）增刊

文献标识码：A

387.5nm，光吸收仅限于紫外区，但此部分光达不到照射地面的太阳光谱的5%，而且TiO2量子效率最多不超过28%[2]。TiO2经光照射后产生的光生电子与空穴容易重新复合，或者被亚稳态表面所俘获，从而失去活性[3] 。近些年来的研究表明，通过贵金属沉积、掺杂过渡金属离子、有机染料光敏化、以及半导体复合等方法引入杂质或缺陷，有助于改善TiO2光吸收，提高量子效率和光催化反应速度。 2.1 离子掺杂

适当的引入一些金属离子，可以抑制光生电子与光生空穴的复合，提高光催化效率。过渡金属元素具有多种化合价，在TiO2中掺入少量过渡金属离子，可以使TiO2晶格发生变化，引入晶格缺陷，形成光生电子-空穴对的浅势捕获阱，降低空穴与电子的复合几率，延长复合时间，从而提高TiO2光催化活性。为了提高TiO2的量子效率和扩展光响应范围，人们选择了多种金属离子进行一元或多元掺杂，并改变掺杂离子的浓度，使用不同的掺杂方法，以期获得最佳的掺杂效果。

Choi[4]等人系统研究了21种离子掺杂后的TiO2纳米晶，发现掺杂一定量的Fe3+、Mo5+、Rn2+、Os2+、Re2+、V5+和Rh2+，可以增加TiO2纳米晶的光催化活性,Co3+和Al3+则降低了催化剂的光催化活性，一些具有闭壳层电子构型的金属，如Li+、Mg2+、Zn2+、Ga3+、Zr4+、Nb5+、Sn4+、Sb5+、Ta5+等的掺杂对光催化影响较小。Sakata [5]等人研究了掺杂Cu2+的TiO2光活性，Iwasaki[6]研究了掺杂Co2+的TiO2光活性，都显著的提高了催化剂的活性。湛社霞等人[7]研究Mo掺杂TiO2光催化性能，发现掺杂Mo可显著提高TiO2的光活性，并指出Mo的质量分数在0.5%~1.5%时效果最佳。Scalafani [8]等研究Fe3+掺杂TiO2薄膜，发现适量的Fe3+掺杂可显著提高TiO2薄膜的光催化活性，他们指出：Fe3+掺杂的TiO2薄膜光催化活性的提高主要是由于

1 引言

近些年来，环境污染日益严重，成为威胁人类生存的一个严重问题。为了解决这一难题，人们展开了治理污染、保护环境的科学研究。以半导体为催化剂，利用太阳光催化氧化有毒污染物质作为一种有效的治理污染方法，成为环境保护科学研究的一个热点。1972年，Fujishima和Honda[1]发现光电池中光照射的TiO2，可持续发生水的氧化还原反应产生H2，1976年,Frank将半导体材料用于降解污染物。从此，以但TiO2TiO2为代表的半导体光催化剂开始发展起来。的光催化效率不高，而且光响应范围在紫外光区，太阳光利用率低，制约了它的发展。对于TiO2的改性研究，提高其催化效率，扩大它的光响应范围，是近些年研究的主要方向。另外，其他的光催化材料如ZnO、CdS、WO3、SnO2、LaFeO3、LaCoO3等的研究也取得了很大进展。本文回顾了最近几年TiO2改性的研究进展和其他光催化材料的研究进展，并结合自己的工作，介绍了本课题组对一种新型光催化材料Bi-Ti-O系列材料的研究所取得的最新进展。

2 TiO2的改性的研究

TiO2禁带宽度为3.2eV，对应的光波吸收波长为

* 基金项目：国家自然科学基金（项目编号60377041）

收稿日期：2003-11-06 通讯作者：周静涛

作者简介：周静涛（1975－），男，山东临清人，在读硕士，现在山东大学晶体所，师承王弘教授、黄柏标教授，从事光催化材

料的研究。

万方数据

周静涛等：光催化材料的最新研究进展 1965

Fe3+作为电子的有效受体减少了TiO2表面电子-空穴对的复合。于向阳等[9]研究了稀土元素的掺杂，指出适量的铈、镧掺杂可以提高TiO2光催化活性，并给出了最佳的掺杂量。 2.2 半导体的复合

通过半导体的耦合，可以有效的提高电荷的分离效果，扩展光谱响应范围。其修饰方法由简单的组合、掺杂、多层结构、异相结合、离子注入等方法。近几年来报道的CdS-TiO2、SnO2-TiO2、WO3-TiO2、ZrO2-TiO2、V2O5-TiO2都表现出高于单一半导体的光催化性质。 Kang等人

[10]

研究发现CdS-TiO2在对4-氯酚溶液